Siła, jako pojęcie fizyczne, jest opisana przez drugie prawo Newtona, które mówi, że przyspieszenie następuje, gdy siła działa na masę. Matematycznie oznacza to:
F=ma
chociaż ważne jest, aby pamiętać, że przyspieszenie i siła są wielkościami wektorowymi (tj. mają oba a wielkość i kierunek w przestrzeni trójwymiarowej), podczas gdy masa jest wielkością skalarną (tj. ma wielkość tylko). W jednostkach standardowych siła ma jednostki niutonów (N), masa jest mierzona w kilogramach (kg), a przyspieszenie jest mierzone w metrach na sekundę do kwadratu (m/s2).
Niektóre siły są siłami bezkontaktowymi, co oznacza, że działają bez bezpośredniego kontaktu ze sobą doświadczających ich obiektów. Siły te obejmują grawitację, siłę elektromagnetyczną i siły międzyjądrowe. Z drugiej strony siły kontaktowe wymagają, aby obiekty zetknęły się ze sobą, czy to na chwilę (tak jak piłka uderzająca i odbijająca się od ściany) lub przez dłuższy czas (np. osoba podwijająca oponę) wzgórze).
W większości kontekstów siła kontaktowa wywierana na poruszający się obiekt jest sumą wektorów sił normalnych i sił tarcia. Siła tarcia działa dokładnie przeciwnie do kierunków ruchu, podczas gdy siła normalna działa prostopadle do tego kierunku, jeśli obiekt porusza się poziomo względem grawitacji.
Krok 1: Określ siłę tarcia
Ta siła jest równawspółczynnik tarciaμ między obiektem a powierzchnią pomnożone przez wagę obiektu, czyli jego masę pomnożoną przez grawitację. A zatem:
F_f=\mu mg
Znajdź wartość μ, wyszukując ją na wykresie online, takim jak na Engineer's Edge.Uwaga:Czasami będziesz musiał użyć współczynnika tarcia kinetycznego, a innym razem będziesz musiał znać współczynnik tarcia statycznego.
Załóżmy dla tego problemu, że Ffa = 5 Newtonów.
Krok 2: Określ normalną siłę
Ta siła, FN, to po prostu masa obiektu razy przyspieszenie grawitacyjne razy sinus kąta między kierunkiem ruchu a pionowym wektorem grawitacji g, który ma wartość 9,8 m/s2. W przypadku tego problemu załóżmy, że obiekt porusza się poziomo, więc kąt między kierunkiem ruchu a grawitacją wynosi 90 stopni, co daje sinus 1. Tak więc FN = mg dla obecnych celów. Gdyby obiekt zsuwał się po rampie zorientowanej pod kątem 30 stopni do poziomu, siła normalna byłaby:
F_N=mg\times\sin{(90-30)}=mg\times \sin{60}=mg\times 0.866
Do tego problemu załóżmy jednak masę 10 kg. faN wynosi zatem 98 Newtonów.
Krok 3: Zastosuj twierdzenie Pitagorasa do określenia wielkości całkowitej siły kontaktu
Jeśli wyobrazisz sobie siłę normalną FN działające w dół i siła tarcia Ffa działając poziomo, suma wektorów jest przeciwprostokątną, która uzupełnia trójkąt prostokątny łączący te wektory sił. Jego wielkość jest zatem:
\sqrt{F_N^2+F_f^2}
który dla tego problemu jest
\sqrt{15^2+98^2}=\sqrt{225+9604}=99,14\text{ N}